تحلیل کمانش استوانه‌های هیبرید کامپوزیت – فلز تحت فشار هیدرواستاتیک با انتهای بسته و شرایط مرزی گیردار

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

10.22065/jsce.2020.223092.2101

چکیده

در این پژوهش استوانه با ساختار هیبرید کامپوزیت - فلز تحت فشار هیدرواستاتیکی وشرایط مرزی گیردار مطالعه شده‌است. در روش تحلیلی ارائه شده برای حل مساله کمانش استوانه کامپوزیت - فلز از بسط سری فوریه و روش گالرکین استفاده شده‌است. در این روش، جابجایی شعاعی با استفاده از مود اول ارتعاشی تیر دوسرگیردار و جابجایی محوری نیز به شکل مشتق مرتبه سوم تابع تیر تخمین زده شده‌اند. ابتدا و انتهای استوانه‌ی مورد بررسی به وسیله دیسک‌های صلب بسته شده‌اند، که جایجایی محوری این دو دیسک عامل ایجاد تغییر شکل محوری در دیواره استوانه می‌شود. تاثیر نسبت طول استوانه به شعاع آن بر مقاومت به کمانش استوانه‌هایی از جنس‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته‌است. همچنین با تغییر تعداد لایه‌های تشکیل دهنده پوسته استوانه، مقاومت به کمانش استوانه‌هایی با ضخامت‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته تا اثر ضخامت لوله بر مقاومت به کمانش آن مشاهده شود. اثر میزان فلز استفاده شده در استوانه با ساختار هیبرید کامپوزیت – فلز بر مقاومت به کمانش نیز از موضوعات مهمی است که در این پژوهش به آن پرداخته شده‌است. به منظور اطمینان از صحت روش ارائه شده، نتایج این روش در تحلیل کمانش استوانه با حل المان محدود مقایسه شده‌است. با استفاده از روش ارائه شده می‌توان فشار بحرانی کمانش لوله‌های کامپوزیت - فلز با خواص مکانیکی و ابعاد هندسی مختلف تحت فشار هیدرو استاتیکی را تحلیل نموده و به طراحی لوله‌هایی با بیشینه مقاومت به کمانش دست یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Buckling of FML cylindrical shell subjected to hydrostatic pressure with closed end and clamped-clamped boundary conditions

نویسندگان [English]

  • Ahmad Reza Ghasemi 1
  • Mahdi Solemani 2
2 Department of Mechanical Engineering, Uuniversity of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

In this research, the buckling of fiber metal laminated (FML) hybrid cylindrical shell under hydrostatic pressure with clamped - clamped boundary conditions are studied. Fourier decomposition and Galerkin method are used In the presented analytical solution. In this method, the radial displacement and the axial displacement are approximated by the function of the first vibrational mode of the clamped-clamped beam and the third order derivative of the beam function, respectively. The ends of the cylinder are closed by rigid discs, and the axial displacement of these two discs causes the axial deformation in the cylindrical shell. Using the above method, the effects of the length to radius ratio on the buckling resistance of different composite cylinders are investigated. Also, in order to see the effect of the thickness of the cylinder on its buckling resistance, buckling behavior of cylinders with different thickness are investigated and it is shown that carbon/epoxy cylinders are more sensitive to thickness change than other composits. One of the other important issues discussed in this study is the effect of the amount of the used metal in the buckling resistance of FML hybrid cylinder. Also, it is shown that 〖[54/-54]〗_s is one of the best choices for producing the buckling resistant composite cylinders. In order to ensure the accuracy of the proposed method, the results of this method are compared with the results of finite element method. Using the proposed method, the critical pressure of the buckling of FML pipes with different mechanical properties and geometric dimensions under hydrostatic pressure can be analyzed, and it will be possible to design tubes with maximum buckling resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Buckling of cylinders
  • fiber metal laminate structures
  • critical buckling presser
  • hydrostatic presser
  • Galerkin method. Fourier series

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 09 تیر 1399
  • تاریخ دریافت: 21 اسفند 1398
  • تاریخ بازنگری: 05 خرداد 1399
  • تاریخ پذیرش: 09 تیر 1399